一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备及系统

技术领域

本发明涉及一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备及系统。

背景技术

高温制氢转化炉管广泛应用于石油化工企业，为了获得最大的经济效益，国外炼油装置的经济规模普遍在15 Mt／a以上。为满足当代炼油企业对制氢装置高可靠性、高灵活性、低成本、低消耗的要求，制氢装置大型化已经成为一种趋势。据不完全统计，到2005年，规模在80dam3／h以上的装置共有60多套，分布在世界各地。目前，国外拥有大型烃类水蒸气转化制氢技术的公司主要有法国的德希尼布(Technip)，德国的鲁奇(Lurgi)、林德(Linde)和伍德(Uhde)，美国的福斯特惠勒(Foster Wheeler)及丹麦的托普索 (TopsOe)。国内拥有大型烃类水蒸气转化制氢技术的公司主要有中国石化集团洛阳石油化工工程公司(LPEC)、中国石化工程建设公司(SEI)和宁波工程公司等。

制氢转化炉是一种比较特殊的外热式列管反应器，具有强吸热及高温的特点，催化剂装在转化炉管内在炉膛内加热，反应介质通过炉管内的催化剂床层进行反应。炉管既具有反应器的特点，又具有压力容器的特点。转化炉作为制氢装置的核心设备，操作条件比较苛刻，在炉子结构、炉管材料、管路系统支撑、管路系统压力、管路系统膨胀及补偿、燃烧、烟气流动及分配、耐火材料等方面都有较高的要求。

国内外大量制氢转化炉炉管失效结果表明，高温蠕变开裂是导致制氢转化炉管最终失效的主要原因，而促进蠕变开裂的损伤机理除了蠕变损伤的累积之外，还包括高温氧化、渗碳、σ相脆化、高温时效材质劣化以及氢损伤等。这些损伤的发生和发展会与炉管的蠕变损伤相互影响，并加速蠕变失效的发生。

针对转化炉管在服役过程中产生的蠕变缺陷导致管道开裂，国内外均开展了水浸超声检测技术研究，美国Conam公司最早开展高温炉管的检测研究，并在我国进行了现场测试，但其技术一直对外保密。针对常规超声无法对蠕变裂纹等缺陷进行有效检测的问题，大连理工大学从上世纪90年代开始进行炉管检测方面的研究，并取得丰硕成果，成功开发了对炉管进行超声透射检测装置及爬壁检测设备，利用该方法可以快速得到炉管透射超声衰减比例，并根据经验进行简单分级评价，从而对寿命做出估计。该检测设备和方法优点在于可以对损伤较严重的炉管进行较快速及准确的定性识别，但对于损伤并不严重、损伤尺寸较小的炉管、环向裂纹，或其他类型损伤的检测并不准确有效，而且寿命分级评价的标准过于模糊。而美国Conam公司、日本久保田公司均采用不同标准进行评价，该方法仍有进一步完善空间。

综上所述，在国外封锁技术且国内研究成果及产品尚不成熟背景下，本项目拟针对千万吨炼油制氢装置转化炉关键部件，研发在役制氢转化炉关键部件高温性能演化和检测评价关键技术，建立基于微观损伤分布演化的蠕变寿命定量评价方法；研究制氢转化炉炉管在役性能快速检测及评价技术，研制检出精度≤3mm的新型在役炉管自动爬壁快速检测装备并推向市场。

本项目产品是以超声无损检测为原理的管道蠕变爬行检测设备，通过超声透射与微观组织相互作用规律实现产品对在役炉管蠕变裂纹的快速、全方位扫查。产品具有成品低，声波在材料中传播特性与检测效率匹配性好，可靠性强等突出优点。专业的机械智能制造装备与科学的方法研发及系统设计可以最大限度满足石化企业管道维护换代需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备，包括管道爬行设备主体，所述管道爬行设备主体的顶端设有旋转盖板，所述爬行设备主体的内部设有蓄电池、控制主板、无线收发器以及存储卡，所述蓄电池与控制主板电连接，所述控制主板与无线收发器以及存储模块电连接，所述无线收发器无线连接电脑客户端，所述爬行设备主体呈内部中空的长方体，所述爬行设备主体的内部四个边的中心处且靠近前侧处均设有输出端朝向内侧的第一电动伸缩杆，每个所述第一电动伸缩杆的输出端均设有检测套，每个所述检测套的前侧设有激光测距仪，每个所述检测套内侧均设有高频超声激励接收采集器，所述管道爬行设备主体与旋转盖板相邻的两个边的背侧均设有正反电机，两个所述正反电机的输出端均设有贯穿管道爬行设备主体侧壁的丝杆，两个所述丝杆上均套设有丝杆螺母，两个所述丝杆螺母的内侧均设有第二电动伸缩杆，两个所述第二电动伸缩杆的输出端均设有夹取套。

进一步的，所述控制主板与第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆、激光测距仪以及高频超声激励接收采集器电连接。

进一步的，所述旋转盖板的一侧与管道爬行设备主体之间通过转轴转动连接，所述旋转盖板的另一端与管道爬行设备主体之间通过卡扣固定。

进一步的，每个所述第一电动伸缩杆的非输出端与管道爬行设备主体之间均固定连接，每个所述第二电动伸缩杆与丝杆螺母之间均通过连接块固定连接。

一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测系统，包括高精度可控管道爬行系统、多通道高频超声激励接收采集系统以及缺陷定位及损伤评估系统，所述高精度管道爬行系统包括高精度正反电机参数控制与编码反馈，所述多通道高频超声激励接收采集系包括统运动同步超声激励接收卡设计以及无线传输下的高频数据采集，所述缺陷定位及损伤评估系统包括全炉在役管缺陷位置方向定位。

进一步的，所述高精度正反电机参数控制与编码反馈采用maxon大功率正反电机满足不同表面粗糙度下不同预紧力的爬壁机器稳定运转，通过电机自带编码器反馈实时数据实现PID闭环控制，快速调节机器两部分运动可能出现的不同步现象，通过实时反馈，让检测人员能够快速了解检测机器人运转状况。

进一步的，所述运动同步超声激励接收卡设计将高频超声脉冲激励接收电路与电机控制集成至同一块板卡，并同步机器人进行管道检测爬行，有效的减少多通道从地面的引线不便性，同时减少了信号线长度保证了信号激励接收的稳定。

进一步的，所述无线传输下的高频数据采集以超过激励频率近50倍的采样频率对回波信号进行采集.

进一步的，所述全炉在役管道缺陷位置方向定位在全炉多管道待检情况下，项目研发软件自动按照炉内管道编号进行排序，实现问题管道问题位置一键定位，多通道实现炉管向火面背火面全方位覆盖，避免漏检误检。

本发明有益效果为：

本发明在使用时，首先打开旋转盖板，然后将管道爬行设备主体套设在需要检测的管道上，将电脑与无线收发器无线连接，然后通过电脑远程控制该设备，设备运行时，首先通过伸张第一电动伸缩杆，通过检测套夹住被检测的管道，然后收缩第二电动伸缩杆，启动正反电机推动丝杆螺母向前移动从而带动第二电动伸缩杆向前移动，移动至第一电动伸缩杆的边缘处时，伸张第二电动伸缩杆，通过夹取套夹住管道，与此同时，收缩第一电动伸缩杆，再次启动正反电机，通过正反电机带动丝杆螺母向后移动从而推动管道爬行设备主体向前移动，依次往复即可实现在管道爬行，在爬行的同时，通过激光测距仪测量管道移动前进方向的障碍物距离以及管道的粗细从而判断第一电动伸缩杆的伸缩距离，实现对任意粗细管道的爬行，在爬行的同时启动高频超声激励接收采集器对管道进行检测，检测到的数据传输至控制主板，控制主板将数据存储至存储卡并发送至电脑客户端，工作人员可通过电脑直观看出温制氢转化炉管所存在的缺陷。

本发明系统首次将运动电机参数控制与编码反馈、运动同步超声激励接收卡设计、无线传输下的高频数据采集、全炉在役管道缺陷位置方向定位优化整合为一个完整的制氢炉管蠕变缺陷无损检测解决方案。通过高集成电路控制单元将运动控制、高频声波激励、信号放大、高频采集、有线无线数据传输联系起来，减少了传统的多模块线路连接，极大地提高了管道缺陷检测的效率。

附图说明

图1为本发明一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备及系统的主视图；

图2为本发明一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备及系统的内侧面展开图；

图3为本发明一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备及系统的系统框图一；

图4为本发明一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备及系统的系统框图二。

附图标记说明如下：

图中：1、管道爬行设备主体；2、旋转盖板；3、转轴；4、卡扣；5、第一电动伸缩杆；6、检测套；7、激光测距仪；8、蓄电池；9、控制主板；10、存储模块；11、无线收发器；12、正反电机；13、保护罩；14、丝杆；15、夹取套；16、高频超声激励接收采集器；17、丝杆螺母；18、第二电动伸缩杆；19、电脑客户端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备，包括管道爬行设备主体，所述管道爬行设备主体的顶端设有旋转盖板，所述爬行设备主体的内部设有蓄电池、控制主板、无线收发器以及存储卡，所述蓄电池与控制主板电连接，所述控制主板与无线收发器以及存储模块电连接，所述无线收发器无线连接电脑客户端，所述爬行设备主体呈内部中空的长方体，所述爬行设备主体的内部四个边的中心处且靠近前侧处均设有输出端朝向内侧的第一电动伸缩杆，每个所述第一电动伸缩杆的输出端均设有检测套，每个所述检测套的前侧设有激光测距仪，每个所述检测套内侧均设有高频超声激励接收采集器，所述管道爬行设备主体与旋转盖板相邻的两个边的背侧均设有正反电机，两个所述正反电机的输出端均设有贯穿管道爬行设备主体侧壁的丝杆，两个所述丝杆上均套设有丝杆螺母，两个所述丝杆螺母的内侧均设有第二电动伸缩杆，两个所述第二电动伸缩杆的输出端均设有夹取套。

为了进一步提高一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备及系统的使用功能，所述控制主板与第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆、激光测距仪以及高频超声激励接收采集器电连接。

为了进一步提高一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备及系统的使用功能，所述旋转盖板的一侧与管道爬行设备主体之间通过转轴转动连接，所述旋转盖板的另一端与管道爬行设备主体之间通过卡扣固定。

为了进一步提高一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备及系统的使用功能，每个所述第一电动伸缩杆的非输出端与管道爬行设备主体之间均固定连接，每个所述第二电动伸缩杆与丝杆螺母之间均通过连接块固定连接。

一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测系统，包括高精度可控管道爬行系统、多通道高频超声激励接收采集系统以及缺陷定位及损伤评估系统，所述高精度管道爬行系统包括高精度正反电机参数控制与编码反馈，所述多通道高频超声激励接收采集系包括统运动同步超声激励接收卡设计以及无线传输下的高频数据采集，所述缺陷定位及损伤评估系统包括全炉在役管缺陷位置方向定位。

为了进一步提高一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备及系统的使用功能，所述高精度正反电机参数控制与编码反馈采用maxon大功率正反电机满足不同表面粗糙度下不同预紧力的爬壁机器稳定运转，通过电机自带编码器反馈实时数据实现PID闭环控制，快速调节机器两部分运动可能出现的不同步现象，通过实时反馈，让检测人员能够快速了解检测机器人运转状况。

为了进一步提高一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备及系统的使用功能，所述无线传输下的高频数据采集以超过激励频率近50倍的采样频率对回波信号进行采集。

为了进一步提高一种高温制氢转化炉管超声自动无损检测设备及系统的使用功能，所述全炉在役管道缺陷位置方向定位在全炉多管道待检情况下，项目研发软件自动按照炉内管道编号进行排序，实现问题管道问题位置一键定位，多通道实现炉管向火面背火面全方位覆盖，避免漏检误检。

本发明有益效果为：

本发明在使用时，首先打开旋转盖板，然后将管道爬行设备主体套设在需要检测的管道上，将电脑与无线收发器无线连接，然后通过电脑远程控制该设备，设备运行时，首先通过伸张第一电动伸缩杆，通过检测套夹住被检测的管道，然后收缩第二电动伸缩杆，启动正反电机推动丝杆螺母向前移动从而带动第二电动伸缩杆向前移动，移动至第一电动伸缩杆的边缘处时，伸张第二电动伸缩杆，通过夹取套夹住管道，与此同时，收缩第一电动伸缩杆，再次启动正反电机，通过正反电机带动丝杆螺母向后移动从而推动管道爬行设备主体向前移动，依次往复即可实现在管道爬行，在爬行的同时，通过激光测距仪测量管道移动前进方向的障碍物距离以及管道的粗细从而判断第一电动伸缩杆的伸缩距离，实现对任意粗细管道的爬行，在爬行的同时启动高频超声激励接收采集器对管道进行检测，检测到的数据传输至控制主板，控制主板将数据存储至存储卡并发送至电脑客户端，工作人员可通过电脑直观看出温制氢转化炉管所存在的缺陷。

本发明系统首次将运动电机参数控制与编码反馈、运动同步超声激励接收卡设计、无线传输下的高频数据采集、全炉在役管道缺陷位置方向定位优化整合为一个完整的制氢炉管蠕变缺陷无损检测解决方案。通过高集成电路控制单元将运动控制、高频声波激励、信号放大、高频采集、有线无线数据传输联系起来，减少了传统的多模块线路连接，极大地提高了管道缺陷检测的效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。